高速圖像存儲(chǔ)系統(tǒng)及應(yīng)用

1、高速圖像存儲(chǔ)系統(tǒng)及應(yīng)用AOS攝像存儲(chǔ)系統(tǒng)及StreamPix存儲(chǔ)軟件介紹1為什么需要高速數(shù)字圖像運(yùn)動(dòng)分析需要更多的過(guò)程圖像傳統(tǒng)的模擬攝像機(jī)的速度不能滿(mǎn)足要求25、30FPS的采集速度丟失了太多的過(guò)程信息模擬攝像機(jī)輸出的圖像質(zhì)量不能滿(mǎn)足要求PAL和NTSC隔行掃描工作方式的局限圖像易被干擾像素串?dāng)_影響圖像的品質(zhì)2需要更高的圖像分辨率早期的高速采集產(chǎn)品僅提供100 x100大小的圖像模擬視頻標(biāo)準(zhǔn)只能提供640480或768576的分辨率圖像分析需要更多包含細(xì)節(jié)信息的原始圖像逐行掃描的數(shù)字面陣可以提供130萬(wàn)、200萬(wàn)、300萬(wàn)、500萬(wàn)或更高的分辨率線(xiàn)陣攝像機(jī)可以支持4080、8160甚至更高的行

2、分辨率3高速圖像方案的應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)研究粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析爆炸理論研究昆蟲(chóng)或動(dòng)物仿生研究高水平運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練輔助軍事領(lǐng)域武器運(yùn)行和使用時(shí)的可靠性分析新武器或裝甲材料的評(píng)估關(guān)鍵過(guò)程分析車(chē)輛撞擊過(guò)程及相應(yīng)安全保護(hù)措施的分析發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)到崩潰時(shí)的過(guò)程分析火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的瞬間過(guò)程分析4必須存儲(chǔ)嗎？高速采集使幀圖像之間的時(shí)間間隔非常小500FPS高速攝像機(jī)的幀間隔只有2ms有些方案甚至需要1000FPS以上的采集速度通?；赑C的圖像處理算法不能在如此短的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)時(shí)處理會(huì)造成丟幀也就失去了高速采集的意義只有少數(shù)的專(zhuān)用硬件（并行DSP）可以進(jìn)行實(shí)時(shí)處理大部分情況下，采集到的圖像必須先存儲(chǔ)下來(lái)，然后再分析

3、5如何存儲(chǔ)？灰度圖像8、10、12 、16bit 的原始數(shù)據(jù)彩色圖像8 bit Raw 原始數(shù)據(jù)，非RGB數(shù)據(jù)RGB 24 bit 數(shù)據(jù)量是Bayer 8 bit的 3 倍，如果保存需要更多的空間并消耗更多的時(shí)間原始數(shù)據(jù)還是壓縮數(shù)據(jù)通常保存為原始數(shù)據(jù)，細(xì)節(jié)信息更豐富壓縮算法需要時(shí)間，可能造成丟幀6系統(tǒng)構(gòu)造的困難傳輸?shù)膸捪拗破胀≒CI理論帶寬只有133MBytes/Sec高分高速數(shù)據(jù)量都很大，如 PIKE F-505B/C，2458205415FPS，每秒數(shù)據(jù)量2458205415=75MBytes/Sec保存空間的限制不壓縮的圖像數(shù)據(jù)量很大保存介質(zhì)的速度限制通常IDE硬盤(pán)的平均寫(xiě)入速度只有2

4、0MBytes/Sec通常SCSI 160硬盤(pán)的平均寫(xiě)入速度是38MBytes/Sec海量數(shù)據(jù)的檢索和分析7幾種典型系統(tǒng)的架構(gòu)獨(dú)立攝像機(jī)構(gòu)成系統(tǒng)單個(gè)攝像機(jī)既完成整個(gè)采集存儲(chǔ)功能，無(wú)需PC支持?jǐn)?shù)字高速攝像機(jī)和大容量幀存圖像卡攝像機(jī)將采集到的圖像直接保存到圖像卡的大容量幀存上數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和普通圖像卡，使用PC機(jī)內(nèi)存保存圖像攝像機(jī)通過(guò)圖像卡將采集到的圖像直接保存到主機(jī)內(nèi)存中使用PC的硬盤(pán)或RAID（磁盤(pán)陣列）數(shù)字?jǐn)z像機(jī)將采集到的圖像直接寫(xiě)入到主機(jī)的硬盤(pán)或磁盤(pán)陣列上8獨(dú)立攝像機(jī)的方案優(yōu)點(diǎn)體積小，重量輕安裝方便使用簡(jiǎn)單運(yùn)行可靠，可工作在惡劣環(huán)境下（100G下）可脫離PC獨(dú)立工作缺點(diǎn)可選擇的產(chǎn)品型號(hào)較少存儲(chǔ)

5、空間有限典型系統(tǒng)瑞士的AOS公司的X-Platform系列攝像機(jī)9PC機(jī)內(nèi)存和圖像采集卡的方案優(yōu)點(diǎn)可選擇多種型號(hào)的攝像機(jī)（需圖像卡支持）系統(tǒng)造價(jià)低，安裝操作簡(jiǎn)單缺點(diǎn)受系統(tǒng)帶寬限制受主機(jī)性能限制，某些主機(jī)板芯片組性能太差會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失存儲(chǔ)空間相對(duì)有限典型系統(tǒng)PerkinElmer SB2040攝像機(jī) + EPIX PIXCI EL1圖像卡 + EPIX XCAP軟件10硬盤(pán)和磁盤(pán)陣列的方案優(yōu)點(diǎn)可選擇多種型號(hào)的攝像機(jī)，包括線(xiàn)陣（需圖像卡支持）存儲(chǔ)空間大，可進(jìn)行延時(shí)記錄（小時(shí)級(jí)）缺點(diǎn)系統(tǒng)成本較高，需另購(gòu)RAID卡需高性能主機(jī)，有時(shí)需要64 bit PCI的主板和圖像卡安裝復(fù)雜，維護(hù)成本高系統(tǒng)可靠性較

6、差，在惡劣環(huán)境下使用需另做防護(hù)典型系統(tǒng)PIKE F-505B/C攝像機(jī) + PCIE IEEE 1394B圖像卡 + SATA RAID + StreamPix軟件11AOS高速攝像機(jī)12選用何種RAID - SCSI vs. SATA無(wú)論選用何種RAID，都需要工作在RAID 0模式下，在該模式下硬盤(pán)盤(pán)數(shù)越多RAID提供的寫(xiě)入速度越快RAID 0 模式下硬盤(pán)的壽命較短（一年左右），需要考慮更換硬件的成本從性能和可靠性上講，SCSI硬盤(pán)較SATA硬盤(pán)的提升有限，但價(jià)格要昂貴許多SCSI RAID卡也較SATA RAID卡昂貴建議采用SATA硬盤(pán)，可以同樣（或更低）的花費(fèi)購(gòu)買(mǎi)數(shù)量更多的硬盤(pán)組成R

7、AID來(lái)提高性能13StreamPix 軟件簡(jiǎn)介StreamPix是加拿大Norpix公司的軟件產(chǎn)品StreamPix是專(zhuān)業(yè)的視頻存儲(chǔ)軟件，支持超過(guò)30種模擬圖像卡，IEEE1394攝像機(jī)和CameraLink 數(shù)字圖像卡，可直接將實(shí)時(shí)幀圖像不丟失的記錄到硬盤(pán)或硬盤(pán)陣列中，最高存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量650Mbytes/S StreamPix可將存儲(chǔ)的圖像序列文件另存成AVI或其它通用圖像格式文件StreamPix可在一臺(tái)主機(jī)上同時(shí)控制多臺(tái)攝像機(jī)采集保存圖像14StreamPix 軟件簡(jiǎn)介StreamPix3提供1394及Digital版本StreamPix4是一款支持多攝像機(jī)采集存儲(chǔ)的軟件系統(tǒng)Stream

8、Pix另有服務(wù)器版本，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制多臺(tái)客戶(hù)計(jì)算機(jī)上的StreamPix進(jìn)行同時(shí)采集和存儲(chǔ)15XCAP 軟件簡(jiǎn)介XCAP是美國(guó)EPIX公司開(kāi)發(fā)的圖像分析軟件XCAP必須配合EPIX公司的PIXCI圖像卡一起使用（不支持1394攝像機(jī)）XCAP-LTD版可在主機(jī)物理內(nèi)存中開(kāi)辟多達(dá)3.5G的存儲(chǔ)空間用來(lái)保存圖像數(shù)據(jù)除連續(xù)采集存儲(chǔ)圖像外，XCAP還支持將序列圖像導(dǎo)出成任意常見(jiàn)的圖像格式保存XCAP-STD版還可以提供圖像分析的功能16針對(duì)IEEE1394數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的最佳存儲(chǔ)方案本方案適用于所有IEEE 1394數(shù)字機(jī)攝像機(jī)AVT F033 656x49474 FPSAVT F046 780 x58

9、253 FPS其它符合DCAM規(guī)范的攝像機(jī)本方案可以在一臺(tái)PC上同時(shí)記錄3臺(tái)同步的IEEE 1394a數(shù)字機(jī)攝像機(jī)本方案可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間高速圖像存儲(chǔ)160G硬盤(pán)可以記錄80分鐘的高速圖像數(shù)據(jù)本方案是目前性?xún)r(jià)比最好的高速存儲(chǔ)方案IDE接口硬盤(pán)1片SATA(7200rpm 16MB)硬盤(pán)3片Rocket RAID 2310 適配卡StreamPix-IEEE軟件1套Windows2000或WindowsXPIEEE 1394a接口數(shù)字?jǐn)z像機(jī)3臺(tái)17筆記本上的200FPS圖像實(shí)時(shí)記錄方案AVT PIKE F032640480202FPSIEEE 1394bStreamPix-IEEE軟件系統(tǒng)可以在 200 fps 6404808 bits 黑白或Bayer彩色模式下穩(wěn)定工作系統(tǒng)最高可達(dá) 512 fps2401608 bits黑白或Bayer彩色. 不是所有筆記本都適用于建立本系統(tǒng) 18應(yīng)用案例汽車(chē)碰撞試驗(yàn)（1）19應(yīng)用案例汽車(chē)碰撞試驗(yàn)（2）20應(yīng)用案例汽車(chē)碰撞試驗(yàn)（3）21應(yīng)用案例發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)分析（1）分析發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)情況以找到減輕振動(dòng)和噪聲的方法22應(yīng)用案例發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)分析（2）安裝兩只 2 AOS X-MOTION高速攝像機(jī)，成45度角，以500FPS速度記錄試驗(yàn)過(guò)程中安放在發(fā)動(dòng)機(jī)上的“測(cè)量板” 運(yùn)動(dòng)情況，然